Меню

Производство труб из слитка

Краткая характеристика технологии производства и качества трубных слитков

Трубные слитки используются для изготовления труб диаметром более 140 мм на установках с пилигримовыми станами в связи с трудностью получения круглой катаной заготовки большого диаметра. Применяют слитки круглого или многогранного сечения с конусностью около I % и массой до 3.5 т.

Спокойную сталь разливают снизу (сифоном) и сверху в изложницы. уширяющиеся кверху, с прибыльными надставками, а кипящую в изложницы, уширяющиеся книзу.

Характеристики готовых труб, производимых на предприятиях России, и исходных слитков приведены в табл. 1.

Схемы разливки представлены на рис. 1.

Рис. 1. Схемы разливки стали сверху (а). сифоном (б): 1 — ковш; 2 — изложница; 3 — поддон; 4 — «центровая»; 5 — сифонный кирпич

Особенности разливки стали сверху

Разливку сверху производят как непосредственно из сталеразливочного ковша, так и через промежуточные ковш и воронки. При разливке сверху струя металла должна быть направлена строго но центру изложницы. Во избежание разбрызгивания металла при ударе струн одно изложницы разливку начинают медленно при неполностью открытом стопоре разливочного ковша. После образования «подушки» жидкого металла разливку ведут полной струей. Скорость разливки при этом зависит от диаметра разливочного стакана. Прибыльную часть слитка заполняют медленно, что способствует выводу усадочной раковины в прибыль. Обычно время заполнения прибыльной надставки составляет 50. 70%от времени заполнения тела слитка. Скорость разливки сверху изменяется в пределах от 0,3 до 1,0 м/мин. Длительность наполнения тела слитков массой от 2 до 20 т составляет 2. 8 мин.

Особенности сифонной разливки

При сифонной разливке низ изложницы также заполняют медленно. В дальнейшем скорость разливки регулируют в зависимости от вида поверхности металла в изложнице. Обычно на поверхности металла образуется окисленная корка, завороты которой у стенок изложницы вызывают ухудшение качества слитка (см. ниже раздел 3.2.3). Толщина корки возрастает при малой скорости разливки, недостаточной температуре металла и в особенности при наличии в стали легкоокисляющихся элементов (алюминия, титана, хрома). Для предотвращения заворотов корки разливку стараются вести с «чистым зеркалом» или так, чтобы между коркой и стенкой изложницы был рант жидкого металла (при разливке сталей, содержащих алюминий, титан и повышенное количество хрома, избежать заворотов корки путем увеличения скорости разливки обычно не удается).

Скорость разливки стали сифоном обычно находится в пределах от 0.15 до 0,6 м/мин. Прибыльную часть слитка, как и при разливке сверху, наполняют замедленно (время наполнения составляет 50. 70% от времени наполнения тела слитка). Длительность наполнения тела слитков массой oт 1 до 13 т изменяется в пределах от 1,5 до 9 мин.

После окончания наполнения слитка спокойной стали поверхность металла в утепленной прибыльной надставке засыпают люнкеритом или теплоизолирующими смесями. Платформы с затвердевающими слитками выдерживаю! в разливочном пролете без движения от 40 мин до 2 ч (в зависимости от марки стали и массы слитка). Необходимость длительной выдержки до начала транспортировки вызвана тем, что сотрясение кристаллизующегося слитка вызывает резкое усиление внеосевой ликвации.

Характеристика слитков, применяемых для производства труб

Диаметр слитков (заготовок). мм

Диаметр слитков (заготовок), мм

Обсадные для трубо­проводов

325 х 10. 12 351 х 10. 12
377 х 10. 12
426 х 11.„12

490 / 475
490 / 475
547 / 531
615 / 600

Баллонные:
— из слитка
с прибылью

566 / 583
566 / 583
566 / 583

— из заготовки центробежной
отливки

540 / 500
540 / 500
600 / 510
600 / 510
650 / 510

Характерные дефекты трубных слитков

К основным дефектам стальных слитков относятся рассмотренные выше усадочная раковина в слитках спокойной стали, химическая неоднородность слитков, плены на их поверхности. Качество слитка определяется также наличием других дефектов, образующихся при заполнении сталью изложницы и при затвердевании стали. Остановимся на описании наиболее существенных дефектов.

Осевая рыхлость. В осевой части слитка спокойной стали обнаруживаются скопления мелких усадочных пустот, называемые осевой рыхлостью.

Прокатка металла не всегда обеспечивает заваривание осевых нор. особенно при производстве заготовок крупного сечения вследствие меньшей степени обжатия. Наличие осевой пористости обнаруживают при контроле макроструктуры прокатанных заготовок. При выявлении недопустимой центральной пористости металл не используют для изготовления деталей ответственного назначения.

Увеличению осевой рыхлости способствую! понижение температуры разливаемого металла, увеличение массы слитка, наличие в стали элементов, способствующих усадке при затвердевании (в особенности углерода), наличие элементов, повышающих вязкость жилкой стали (хрома, титана).

На развитие осевой рыхлости большое влияние оказывает конусность слитка. Чем больше конусность, тем больше затвердевает вышележащий слой по сравнению с нижележащим, что улучшает питание жидким металлом нижележащих слоев осевой части слитка и уменьшает осевую пористость.

Читайте также:  Распил профильной трубы в екатеринбурге

Однако обычно конусность слитков ограничивают 2. 4 %, так как большая конусность затрудняет прокатку слитков.

Улучшение обогрева верхней части слитка приводит к уменьшению осевой пористости.

Заворот корки. Это наиболее часто встречающийся дефект поверхности слитка. Причиной его возникновения является окисление и охлаждение открытой поверхности жидкого металла в изложнице.

При сифонной разливке поверхность поднимающегося в изложнице металла покрывается пленкой окислов, образующихся в результате окисления составляющих стали кислородом воздуха. Затвердевающий под пленкой металл образует вместе с ней корку, которая поглощает также всплывающие в жилкой стали неметаллические и шлаковые включения. Толщина и размеры корки зависят от температуры металла, скорости разливки и состава стали. Пониженная температура разливаемой стали, уменьшение скорости разливки и в особенности наличие в стали легкоокисляюшихся элементов ведут к ускоренному образованию и росту корочки.

Растущая корочка может покрыть всю поверхность металла и прилипнут!» к стенкам изложницы. Поднимающийся снизу металл прорывает корочку, заворачивает и заливает ее, продолжая двигаться вверх. В месте за ворога корочки в слитке обнаруживаются скопления неметаллических включений и газовые пузыри, которые образуются и результате взаимодействия окислов корочки с содержащимся в стали углеродом. При прокатке в местах заворота корки возникают рванины. При разливке сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы — хром, алюминий, титан, заворотами корки может быть поражена вся поверхность слитка.

Поверхность слитков, пораженных заворотом корки, необходимо зачитать перед прокаткой. Слитки зачищают с помощью абразивных кругов, огневым методом, вырубкой пневматическими молотками и обдиркой на токарных станках. Зачистка усложняет производство и вызывает значительные потери металла. В связи с этим в последние годы все более широкое распространение получили различные методы защиты поверхности жидкого металла от окисления в изложнице.

Поперечные горячие трещины. Образование наружных поперечных трещин вызвано зависанием слитка в изложнице в процессе кристаллизации. При наличии выбоин в стенках изложницы или зазора между изложницей и прибыльной надставкой жидкий металл заполняет эти углубления и застывает в них. В дальнейшем полузатвердевший слиток зависает в этом месте, так как его длина уменьшается вследствие усадки стали. При недостаточной прочности корочки затвердевшего металла она может разорваться под действием веса слитка.

Для предупреждения образования этого дефекта необходимо обеспечивать плотное соприкосновение изложницы е прибыльной надставкой и отбраковывать изложницы с дефектными стенками.

Продольные горячие трещины. Продольные наружные горячие трещины появляются в результате разрыва тонкой корочки затвердевшего металла при кристаллизации слитка. Длина продольных трещин может быть значительной: I м и более, ширина обычно составляет 1. 3 мм.

Трещины образуются следующим образом. В результате усадки корочки затвердевающего слитка и теплового расширения изложницы между слитком и изложницей образуется зазор. Жидкий металл оказывается как бы в сосуде, стенками которого служит затвердевшая корочка. Тонкая корочка может не выдержать ферростатического давления жидкого металла, в результате чего и могут образоваться продольные трещины. Обычно продольные трещины располагаются по углам слитка.

Возможно образование горячих продольных трещин и на гранях слитка в результате неправильного центрирования струн металла при разливке сверху. Если при заполнении изложницы струя металла отклонится от оси изложницы, она будет размывать наружную корочку затвердевшего металла и последняя может быть разорвана и месте наименьшей толщины.

Склонность стали к образованию продольных трещин возрастает при повышении температуры стали и скорости разливки, так как в этом случае медленнее нарастает толщина корочки затвердевшего металла. Склонность к трещинообразованию зависит также от формы поперечного сечения слитка и изложницы. Слитки, отливаемые в круглые изложницы, в большей мере, чем слитки другой формы, склонны к образованию продольных трещин. Это связано с тем, что при круглом профиле образуется наименьшая поверхность соприкосновения слитка и изложницы и медленнее увеличивается толщина корочки затвердевшего металла. Наименьшей склонностью к образованию продольных трещин обладают слитки, отливаемые в прямоугольные изложницы е вогнутыми и волнистыми гранями.

Уменьшение скорости разливки, исключение чрезмерного перегрева стали, применение изложниц с вогнутыми и волнистыми стенками обычно позволяют снизить образование горячих продольных трещин.

Продольные холодные трещины. Холодные наружные продольные трещины образуются в процессе охлаждения затвердевшего слитка на его гранях при температуре ниже 600 °С. Они возникаю! при слишком быстром охлаждении слитков в результате термических и фазовых напряжений. Для предотвращения образования этих трещин следует применять замедленное охлаждение слитков. Наиболее действенное средство против образования термических трещин посадка слитков в нагревательные колодцы в горячем состоянии.

Читайте также:  Что такое монтажная длина трубы

Склонность стали к образованию холодных трещин возрастает при легировании хромом, марганцем, кремнием, а также при содержании в стали более 0.4 % углерода.

Подкорковые газовые пузыри. В слитках спокойной стали иногда встречаются пузыри, расположенные вблизи поверхности слитка. Их называют подкорковыми. Причиной появления подкорковых пузырей может служить излишне толстый слой смазки изложниц. Она не успевает выгореть до подхода жидкого металла, и газы, образующиеся при возгонке смазки, задерживаются в кристаллизующемся металле, образуя пузыри. Пузыри образуются и мри слишком высоком (более 0,5 %) содержании влаги в смазке в результате ее испарения.

Подкорковые пузыри возникают также при разливке недостаточно раскисленной стали вследствие образования пузырьков СО при ее кристаллизации.

Образуются подкорковые пузыри и в результате разбрызгивания стали при разливке ее сверху. Приставшие к стенкам изложницы капли металла окисляются с поверхности. Попав к жидкую сталь, окислы капель реагируют с углеродом стали, образуя пузырьки СО. По этой же причине газовые пузыри образуются в местах заворота окисленных пленок и корочки.

Подкорковые пузыри ведут к образованию при прокатке волосовин — мелких тонких трещин.

Рослость слитки и внутренние газовые пузыри. Причиной этого дефекта слитков спокойной стали является повышенное содержание в ней водорода. Во время кристаллизации избыточный водород выделяется из металла, что вызывает «рост» металла в изложнице, а также наличие пузырей в слитке. Наиболее часто этот дефект поражает слитки кремнистой стали.

Просмотров: 4913 Создан: 2012-12-12 Источник: Трубные технологии

Источник

Производство бесшовных труб

Редакция E-metall Опубликовано 2021-04-27

Бесшовные трубы изготавливаются из монолитного металла, цельный корпус не имеет швов и других соединений. Это повышает устойчивость к перепадам давления и действиям агрессивных сред, увеличивает стойкость к разрывам.

Главное преимущество этой категории — герметичность, кроме этого исключаются все неблагоприятные факторы, связанные со сварным соединением: остаточные напряжения, микроскопические неровности и наплывы. По бесшовной технологии выпускают толстостенный и тонкостенный трбопрокапрокат: от 0,3 до 75 мм. Для получения равноценных показателей прочности требуется меньшее количества сырья, чем в производстве прямошовных аналогов, следовательно снижается вес конструкций. Изделия с большой толщиной стенки имеют повышенный запас стойкости к механическим воздействиям.

Стальные бесшовные трубы классифицируют по способу производства:

  • Горячекатаные;
  • Холоднокатаные;
  • Цельнотянутые.
  • Повышенная устойчивость к внутренним и внешним нагрузкам;
  • Снижение металлоемкости;
  • Стойкость к коррозии за счет отсутствия микродефектов, присущих сварным швам;
  • Абсолютное исключение завоздушивания среды.
  • Отличная обрабатываемость при изготовлении гнутых деталей: отводов, змеевиков.

Несмотря на преимущества, применение не всегда оказывается целесообразным. В коммунальных сетях практически отсутствуют нагрузки, которые не может выдержать недорогой электросварной прокат. Затраты на производство являются основной причиной, по которой повсеместное использование ограничивается. Пока ни одна из применяемых технологий не позволяет выпускать изделия с диаметром более 550 мм. Этого не всегда достаточно для обеспечения требований к пропускной способности в магистральных линиях.

Техника безопасносности запрещает использование трубного проката с цельным корпусом для транспорта взрывчатых и пожароопасных веществ.

Виды бесшовных труб

Горячекатаные

Так как производство обычно включает несколько операций, технологический процесс организуют с помощью автоматических линий. Заготовкой для горячекатаной продукции служит слиток. Производственный цикл состоит из следующих этапов:

  • Разогрев заготовки в кольцевой печи;
  • Прошивка (прокалывание);
  • Раскатка гильзы, заготовка принимает цилиндрическую форму;
  • Обкатка до параметров трубы;
  • Калибровка, редуцирование (когда нужна небольшая толщина стенки);
  • Охлаждение;
  • Стабилизирующий отжиг.

В зависимости от характеристик сплава слиток нагревают до 1100-1250 С⁰. Сразу после отжига поверхность металла покрыта окалиной. Если предусмотрены дополнительные требования, полуфабрикаты очищают в кислотном растворе, шлифуют и наносят покрытие. Технические условия отражены в регламенте ГОСТ 32528-2013, а сортамент в ГОСТ 8232-78 (кроме этого действует старый стандарт ГОСТ 8734-75 с уточнениями).

Структура металла при горячей обработке сохраняет пластичность и ударную вязкость, при эксплуатации такой трубопровод гасит вибрации, выдерживает значительный вес грунта.

Холоднодеформированные

Холоднодеформированный трубопрокат изготовить сложнее. Сталь без нагрева обрабатывается медленнее, циклы раскатки перемежаются со стабилизирующей термообработкой, очисткой, сушкой в специальной камере, нанесением смазок.

Заготовкой служит отцентрованная цилиндрическая форма (гильза). Для раскатки чаще всего используют трехвалковые станы. Валки размещаются с уклоном, от величины угла зависят параметры будущего изделия. Учитывается предел прочности сплава, при котором дальнейшая деформация невозможна без разрывов. Несмотря на то, что технологию называют холодной, от трения сталь разогревается до значительных температур.

Читайте также:  При месячных болит маточная труба

При холодной деформации структура металла вытягиваются в направлении приложения усилий, во время термообработки происходит рекристаллизация, зерна измельчаются и строение снова становится однородным. Таким образом, прочность закладывается на молекулярном уровне, при этом число повторяющихся циклов может достигать 17. Технические условия регулируются регламентом ГОСТ P 54159-2010, типоразмеры приведены в ГОСТ 8734-75.

К холоднодеформируемому сортаменту применяют дополнительную классификацию по толщине стенки:

  • Особотонкостенные — до 0,5 мм.;
  • Тонкостенные — до 1,5 м
  • Толстостенные — отношение наружного диаметра к толщине стенки не более 6;
  • Особотолстостенные — отношение наружного диаметра к толщине стенки от 6 до 12,5.

Холодным методом производят трубопрокат малого веса и высокой точности, в том числе капиллярные трубки. Готовые полуфабрикаты используют для монтажа трубопроводных систем, контуров теплообменного оборудования, изготовления змеевиков и различных деталей.

Производство холоднодеформированных труб

Цельнотянутые

Цельнотянутые трубы часто путают с остальной бесшовной продукцией, но их нельзя отнести к горячекатаным или холоднокатаным. Специальные болванки нагревают и протягивают через стан, раскатывающие станки не применяются. Изделия отличаются незначительным тепловым удлинением, используются для поставок пара, в авиации, атомной промышленности и других узкоспециальных областях. Учитывая специфическое назначение, для углеродистых сталей сразу предусматривают коррозионно-стойкие покрытия.

Сферы применения

Основная функция бесшовной трубы — транспортировка сред под давлением или работа с особо-опасными веществами, когда протечки или разрывы могут угрожать безопасности людей или нанести вред экологии. Каждый вид имеет свои достоинства и технические параметры.

Технология производства горячекатаного проката самая простая, металлопродукция универсальна и используется во всех отраслях промышленности.

  • В городских инженерных сетях: толстостенные изделия выдерживает нагрузки грунта, сокращают теплопотери;
  • Передача горячих сред любого назначения;
  • Транспортировка газа, нефти, организация технологических и промысловых трубопроводов;
  • В качестве свай, столбов, опорных элементов, обсадных труб;
  • Для изготовления тройников, отводов для трубопроводных систем;
  • Детали агрегатов, котельных установок, автомобилей.

Цельнотянутый трубопрокат — самый дорогой и металлоемкий, толщина стенок может достигать 10% от диаметра. Основное отличие — низкое тепловое расширение. Продукция используется при прокладке магистральных и технологических трубопроводов в энергетическом секторе, нефтеперерабатывающей промышленности и других отраслях.

Холоднокатаные полуфабрикаты отличаются высокой точностью, малым весом, могут быть тонкостенными и толстостенными. Область применения довольно широка. Благодаря однородной структуре металла трубы легко справляются с перепадами напора, идеально-ровная внутренняя поверхность увеличивает пропускную способность и повышает коррозионную стойкость. Единственное ограничение: плохая устойчивость к ударным и растягивающим нагрузкам.

  • Технологические трубопроводы на пищевых и промышленных производствах;
  • Гидравлические установки, теплообменное оборудование;
  • Приборостроение, например капиллярные трубки применяют в аппаратах дозирования;
  • Змеевики, спирали, поршневые механизмы;
  • Приборы экспериментальных лабораторий;
  • Авиация и судостроение: ценится высокая прочность и небольшой вес;
  • Выхлопные системы автомобилей, дымоходы печного оборудования;
  • Металлоконструкции, перила, ограждения.

При транспортировке питьевой воды, в химической промышленности и на пищевых предприятиях, предъявляют особые требования к химическому составу: ограничивается содержание вредных примесей и элементов, вступающих в реакции с конкретными средами.

Способы монтажа и соединения

Монтаж трубопроводов принципиально не отличается от возведения конструкций из прямошовных аналогов. Сварное соединение наиболее надежно и применяется для систем с высоким давлением, при работе с кислотами и щелочами. Для сред низкой агрессивности с температурой до 100 С⁰ допускается крепление на резьбе, но при вибрационных воздействиях возможно самопроизвольное отвинчивание.

  • Сварка: выбор метода зависит от технических параметров;
  • Резьба: если позволяет толщина металла нарезается производителем или на токарном станке, для герметизации применяют уплотнители.
  • Особотонкостенные (до 20 мм) — газовая сварка. Аппараты малой мощности не вызывают перегрева и позволяют выполнить аккуратный шов даже новичку.
  • Тонкостенные (от 20 мм) — электросварка встык;
  • Толстостенные — электросварка после снятия V-образной фаски.

Для организации разводки применяются приварные и резьбовые фасонные детали, направление изменяют трубогибами. Для инженерных сетей с давлением до 250 кгс/см² можно использовать воротниковые фланцы.

Нередко бесшовные трубы изготавливают из нержавеющих сталей, специальных сплавов и цветных металлов. В таком случае монтаж проводят в соответствии с технической документацией, подбирают способ и режимы сваривания, электроды. При выборе методов сварки учитывают назначение трубопровода: для некоторых систем крайне важна химическая стойкость шва, для других — термостойкость.

Источник

Adblock
detector